第9章.如影隨形-云計算

第9章如影隨形—云計算CONTENTS目錄9.1云計算的概念與特征9.2云計算的關鍵技術9.3云計算技術的應用初識云計算9.19.1.1云計算產生的背景1．經濟方面（1）全球經濟一體化后危機時代加快了全球經濟一體化的發(fā)展速度。實踐證明，國家和地區(qū)的區(qū)位優(yōu)勢和比較優(yōu)勢可以促使全球合作尋租的興起，從而更好地實現優(yōu)勢互補。另外，基于成本考慮，價值鏈上的協作者會自發(fā)整合相關資源；基于效率考慮，協同效應需要彈性的業(yè)務流程支持，對成本和效率的需求進一步催化了云計算的發(fā)展。（2）日益復雜的世界和不可確定性在復雜的世界面前，不確定因素在更快、更多地涌現，計劃跟不上變化，任何一臺精于預測的計算機也無法準確預測未來。（3）需求是云計算發(fā)展的動力IT設施要成為社會基礎設施，現在面臨高成本的瓶頸。這些成本至少包括人力成本、資金成本、時間成本、使用成本、環(huán)境成本等。云計算帶來的益處是顯而易見的：用戶不需要專門的IT團隊，也不需要購買、維護、安放有形的IT產品，可以低成本、高效率、隨時按需服務；云計算服務提供商可以極大提高資源（硬件、軟件、空間、人力、能源等）的利用率和業(yè)務響應速度，有效聚合產業(yè)鏈。2．社會方面（1）數字一代的崛起未來的世界在網上，世界的未來在云中。截至2022年6月，中國網民規(guī)模為10.51億人，較2021年12月新增網民1919萬人，互聯網普及率達74.4%。網民人均每周上網時長為29.5h，使用手機上網的比例達99.6%。中國擁有超大規(guī)模的社會化媒體內容的貢獻者，他們使用博客、微博、社區(qū)、視頻和圖片分享等形式，更依賴于在線交流。云計算為數字一代消費者提供了良好的服務。（2）消費行為的改變“互聯網+”已成為“云時代”天空下璀璨的一顆星。對消費市場參與者而言，基于互聯網平臺，利用信息通信技術，把互聯網和包括傳統(tǒng)行業(yè)在內的各行各業(yè)結合起來，在新的領域創(chuàng)造一種新的生態(tài)，就成為一種必然選擇。3．技術方面（1）技術成熟技術是云計算發(fā)展的基礎。首先是云計算自身核心技術的發(fā)展，主要包括硬件技術、虛擬化（計算虛擬化、網絡虛擬化、存儲虛擬化、桌面虛擬化、應用虛擬化）技術、海量存儲技術、分布式并行計算技術、多租戶架構技術、自動管理與部署技術等；其次是云計算賴以存在的移動互聯網技術的發(fā)展，主要包括高速大容量網絡、無處不在的接入、靈活多樣的終端、集約化的數據中心、萬維網（WorldWideWeb，Web）技術等。（2）企業(yè)IT的成熟和計算能力過剩需求的波動性使得按峰值設計建設的IT資源中存在大量的閑置資源。企業(yè)內部的資源平衡帶來私有云需求，外部的資源協作促進公有云的發(fā)展。商業(yè)模式是云計算的內在要求，是用戶需求的外在體現，而且云計算為這種特定商業(yè)模式提供了現實可能性。從商業(yè)模式看，云計算的主要特征是以網絡為中心、以服務為產品、按需使用和付費，這些特征對傳統(tǒng)的用戶自建基礎設施、購買有形產品或介質、一次性買斷模式等是一個顛覆性的革命。9.1.2云計算的演進歷程電廠模式網格計算模式云計算模式效用計算模式1．電廠模式階段有人說電廠模式就好比利用電廠的規(guī)模效應來降低電價，并讓用戶使用方便，且無須維護和購買任何發(fā)電設備，這個比喻很好。云計算就是這樣一種規(guī)模計算模式，通過將大量的分散資源集中起來，進行規(guī)?；芾?，從而降低成本，方便用戶使用。2．效用計算模式階段在1960年左右，當時計算設備的價格是非常高昂的，遠非普通企業(yè)、學校和機構所能承擔，所以很多人產生了共享計算資源的想法。1961年，麥肯錫在一次會議上提出了“效用計算”的概念，其核心借鑒了電廠模式，具體目標是整合分散在各地的服務器、存儲系統(tǒng)以及應用程序來共享給多個用戶，讓用戶能夠非常方便地使用計算資源，并且根據用量來付費。3．網格計算模式階段網格計算是一種跨地區(qū)，甚至跨國家、跨洲的獨立管理的資源結合。該模式對資源進行獨立管理，而不是統(tǒng)一布置、統(tǒng)一安排。網格資源是異構的，不強調統(tǒng)一的安排。另外網格的使用通常讓分散的用戶構成虛擬組織，在這樣一種統(tǒng)一的網格基礎平臺上用虛擬組織形態(tài)從不同的自治域訪問資源。4．云計算模式階段云計算的核心與效用計算和網格計算的核心非常類似，也是希望IT技術能像使用電力那樣方便，并且成本低廉。但與效用計算和網絡計算不同的是，云計算在需求方面已經有了一定的規(guī)模，同時在技術方面基本成熟。云計算的概念與特征9.29.2.1云計算的概念9.2.2云計算的特征按需服務云計算的特征資源池廣泛的網絡訪問快速彈性使用可度量的服務高可靠性1.按需服務

用戶可以根據自身實際需求擴展和使用云計算資源，云計算具有快速提供資源和服務的能力。服務商能通過網絡方便地進行計算能力的申請、配置和調用，可以及時進行資源的分配和回收。2.廣泛的網絡訪問

通過互聯網提供自助服務，使用者不需要部署相關的硬件設施和應用軟件，也不需要了解所使用資源的物理位置和配置等信息，可以直接通過互聯網進行透明訪問，來獲取云中的計算資源。3.資源池匯集分配4.快速彈性使用

服務商的計算能力根據用戶需求變化，能夠快速而有彈性地實現資源供應，快速部署資源或獲得服務。云計算平臺可以按照客戶需求快速部署和提供資源。通常情況下資源和服務是無限的，可以隨時隨地無限量購買。云計算業(yè)務使用則按資源的使用量計費。5.可度量的服務檢測控制管理

云服務系統(tǒng)可以根據服務類型提供相應的計量方式，云計算控制系統(tǒng)通過一些適當的抽象服務計量能力來提高資源利用率，還可以檢測、控制和管理資源使用過程。同時，在供應者和消費者之間提供透明服務。6.高可靠性通過虛擬化技術將分布在不同物理服務器上的應用進行恢復或利用動態(tài)擴展功能部署到新的服務器上進行計算數據多副本容錯計算節(jié)點同構可互換9.2.3云計算的分類1．按服務類型分類云計算按服務類型可以分為三大類，分別是IaaS、PaaS、SaaS（1）基礎設施即服務（InfrastructureasaService，IaaS）提供

IT基礎設施，例如服務器、虛擬機、存儲、網絡、系統(tǒng)等。IaaS把計算、存儲、網絡以及搭建應用環(huán)境所需的一些工具當成服務提供給用戶，使得用戶能夠按需獲取IT基礎設施。（2）平臺即服務（PlatformasaService，PaaS）提供開發(fā)、測試、交付和管理軟件應用程序所需的環(huán)境，無須考慮對基礎結構進行設置或管理。PaaS是一種分布式平臺服務，為用戶提供一個包括應用設計、應用開發(fā)、應用測試及應用托管在內的完整計算平臺，如圖9.8所示。PaaS的核心技術主要有：描述性狀態(tài)遷移（RepresentationalStateTransfer，REST）技術、多租戶技術、并行計算技術、應用服務器技術、分布式緩存技術等。PaaS的主要用戶是開發(fā)人員。PaaS平臺的種類目前較少，比較著名的有：F、GoogleAppEngine、WindowsAzure、CloudFoundry。（3）SaaS向用戶提供軟件應用復合和用戶交互接口等服務，以訂閱為基礎按需提供。SaaS云服務提供商負責維護和管理云中的軟件以及支撐軟件運行的硬件設施，同時免費為用戶提供服務或者以按需使用的方式向用戶收費，如圖9.9所示。SaaS核心技術主要有：虛擬化技術、分布式存儲技術、高速網絡技術、超大規(guī)模資源管理技術、云服務計費技術等。SaaS就是軟件服務提供商為滿足用戶的需求而提供的軟件計算能力，用戶無須安裝、升級和防病毒等，并且免去了初期的軟硬件支出。2．按部署類型分類云計算按部署類型主要分為公有云、私有云、混合云、社區(qū)云（1）公有云公有云通常指第三方提供商為用戶提供的云，如圖9.11所示。公有云一般可通過互聯網使用，通常是免費或成本低廉的。這種云有許多實例，可在整個開放的公有網絡中提供服務。公有云服務于普通大眾，優(yōu)點是：使用方便，除通過網絡提供服務外，還可以通過其他方式提供服務；成本低廉，客戶只需為他們使用的資源支付費用；無須擔心安裝和維護問題，服務商可以訪問所提供的云計算基礎設施。（2）私有云

私有云是為一個客戶單獨使用而構建的，因而提供對數據、安全性和服務質量的有效控制。私有云公司擁有基礎設施，并可以控制在此基礎設施上部署應用程序。私有云可部署在企業(yè)數據中心的防火墻內，也可以將它們部署在一個安全的主機托管場所。私有云的核心屬性是專有資源。私有云中的數據較安全，服務穩(wěn)定，可以充分利用現有的硬件和軟件資源。（3）混合云混合云融合了公有云和私有云，是近年來云計算的主要模式和發(fā)展方向。我們已經知道私有云主要面向企業(yè)用戶，出于安全考慮，企業(yè)更愿意將數據存放在私有云中，但是同時又希望可以獲得公有云的計算資源。在這種情況下混合云得到越來越多的使用，它將公有云和私有云進行混合和匹配，以獲得最佳的效果。這種個性化的解決方案，達到了既低廉又安全的目的。（4）社區(qū)云社區(qū)云是由幾個組織共享的云端基礎設施，支持特定的社群，有共同的關切事項，例如使命任務、安全需求、策略與法規(guī)遵循考量等。管理者可能是組織本身或第三方；管理位置可能在組織內部，也可能在組織外部。公有云、私有云和混合云對比：云計算的關鍵技術9.3云計算怎么實現的？9.3.1虛擬化技術云計算組織和管理了大量的IT資源，按需服務，彈性資源池離不開云背后的虛擬化技術。虛擬化技術云計算能運行各種服務應用虛擬技術容器提供了一種簡單的輕量級隔離方法使得不同的服務應用在云上運行相互不影響大大減小管理復雜度和運行壓力提升靈活性1．CPU虛擬化CPU虛擬化指的是將單個CPU虛擬成多個CPU進行使用，可以解決一部分兼容問題，提升軟件運行效率，充分利用計算機的資源。2．內存虛擬化

通過虛擬化技術對內存進行虛擬化，一方面可以使得進程擁有“更多的內存”，另一方面讓多個虛擬機能同時利用同一塊內存，內存的使用從0開始，并保持連續(xù)。3．網絡I/O虛擬化網絡輸入輸出（Input/Output，I/O）虛擬化是一種新型的虛擬化技術，源自對物理連接或物理傳輸上層協議的抽象，讓物理服務器和虛擬機可以共享I/O資源。這種虛擬化技術大多應用在本地主機服務器連接到機器頂端單元的場景中，這個單元承載著各種網絡、存儲和圖形適配器，它們構成了I/O連接資源的動態(tài)池。4．網絡虛擬化技術網絡虛擬化又稱為網絡功能虛擬化（NetworkFunctionVirtualization，NFV），是將以前基于硬件的網絡轉變?yōu)榛谲浖木W絡。具體來說，它是一個在物理網絡上模擬出多個邏輯網絡的過程。這種技術允許獨立于硬件來交付網絡功能、硬件資源和軟件資源，即虛擬網絡它可以用來合并許多物理網絡，或者將一個這樣的網絡進一步細分，又或者將虛擬機（VM）連接起來。其優(yōu)勢是提升硬件的利用率，加快新產品和新業(yè)務的推廣效率，簡化網絡管理和提升網絡安全性9.3.2分布式存儲技術1．傳統(tǒng)數據存儲傳統(tǒng)數據存儲集中存儲數據，其使得數據存儲出現系統(tǒng)性能、可靠性的瓶頸問題，導致讀寫計算性能不足，擴展性差，數據規(guī)模較大時無法滿足存儲需求。2．分布式數據存儲分布式數據存儲運行在多個節(jié)點上，自動整合集群內所有的存儲資源，并通過虛擬化對外提供文件訪問服務，具有更好的擴展性與更大的容量，更符合大規(guī)模數據對計算機系統(tǒng)性能的要求。9.3.3云管理平臺9.3.4云安全云安全：9.3.5自動化部署技術自動化部署技術

部署就是指完成軟件開發(fā)后，通過一些配置使得開發(fā)的軟件能夠在目標環(huán)境中運行。在此過程中，源代碼會轉變?yōu)樵谀繕谁h(huán)境中可運行的軟件包。自動化部署指部署過程中的操作全部自動化，無須人工參與。在大型項目的部署上應用自動化部署技術可以大大提升效率。目前，已經有一些工具可以幫助我們實現這些操作，如Jenkins、GitLabCI/CD、GitHubActions等。云計算的應用9.41.云物聯可穿戴設備智能家居車聯網工業(yè)互聯網生態(tài)環(huán)境監(jiān)管設備2.